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(11) | EP 0 385 319 A1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG |
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| (54) | Schaltnetzteil |
| (57) Gegenstand der Erfindung ist ein Schaltnetzteil für hohe Leistungen, das einen Schaltnetztransformator
TI mit einer Primär-Hauptwicklung WI₁, einer primärseitigen Treiberwikklung WI₂ und
einer Sekundärwicklung WI₃ zum Speisen einer geregelten Spannungsschiene (Spannung
Us) aufweist und das mit einem mit der Primär-Hauptwicklung WI₁ in Serie liegenden
elektronischen Schalter 2 versehen ist, der die an die Primär-Hauptwicklung WI₁ angelegte
Gleichspannung mit hoher Frequenz unterbricht. Erfindungsgemäß ist mindestens ein
weiterer Schaltnetztransformator TII vorgesehen, der ebenfalls eine Primär-Hauptwicklung
WII₁ und eine die geregelte Spannungsschiene speisende Sekundärwicklung WII₃ aufweist.
Die Primär-Hauptwicklungen einerseits und die Sekundärwikklungen zur Speisung der
geregelten Spannungsschiene andererseits sind zueinander parallel geschaltet. Durch
die Verwendung zweier gesonderter Schaltnetztransformatoren TI und TII werden gegenüber
den bekannten Schaltnetzteilen, die nur einen einzigen Schaltnetztransformator aufweisen,
erhebliche Vorteile in herstellungstechnischer und funktioneller Hinsicht erreicht.
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[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Schaltnetzteil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
[0002] Schaltnetzteile dieser Art sind aus der Praxis bekannt und werden verbreitet für die Versorgung von elektronischen Geräten, z.B. Fernsehempfängern, Computern oder dgl., mit den benötigten Spannungen verwendet, da sie gegenüber der Stromversorgung mit 50 Hz eine Reihe von Vorteilen aufweisen. Für diese Schaltnetzteile werden im allgemeinen Transformatoren, sogenannte Schaltnetztransformatoren, mit vorzugsweise Ferritkernen eingesetzt. Bei den bekannten Schaltnetzteilen muß der - einzige - Schaltnetztransformator sich widersprechende Bedingungen erfüllen, die mit steigender Frequenz im schlechter erfüllbar sind.
[0003] So soll die Kopplung zwischen den Wicklungen des Schaltnetztransformators möglichst hundertprozentig sein, die gegenseitige Beeinflussung der Sekundärspannungen durch Lastwechsel möglichst gering, und dabei eine sichere Netztrennung nach VDE gewährleistet werden.
[0004] Dies erreichte man bisher durch sehr komplizierte Lagenwikklungen, die wegen der engen Kopplung ineinander verschachtelt werden mußten.
[0005] Es ist offensichtlich, daß derartige Schaltnetztransformato ren nur manuell zu fertigen sind, womit das Restrisiko steigt, daß die VDE-Besimmungen nicht eingehalten werden.
[0006] Weiterhin ist es bei derartigen Schaltnetzteilen notwendig, die Sekundärspannungen von evtl. weiteren Sekundärwicklungen noch durch Längsregler zu stabilisieren, da sich diese Sekundärspannungen mit sich ändernder Last (z.B. NF-Lautstärke) ebenfalls ändern. Hierdurch sinkt der Gesamtwirkungsgrad erheblich.
[0007] In vielen Fällen ist es erwünscht, mit einer möglichst hohen Schaltfrequenz zu arbeiten. Mit steigender Frequenz treten noch zusätzliche Effekte auf, die von dem bei den bekannten Schaltnetzteilen vorgesehenen einzigen Schaltnetztransformator nur schlecht beherrscht werden können, wie z.B. der sogenannte Skineffekt, der Mehrdraht- oder Litzenwicklungen erforderlich macht. Außerdem verringert sich die Anzahl der Windungen pro Volt, d.h. es sind Sekundärspannungen unter einer gewissen Höhe nicht darstellbar, da die kleinstmögliche Windungszahl "1" beträgt.
[0008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schaltnetzteil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, bei dem die den bekannten Schaltnetzteile dieser Art anhaftenden, oben geschilderten Nachteile vermieden sind.
[0010] Bei dem erfindungsgemäßen Schaltnetzteil sind anstelle des einzigen Schaltnetztransformators bei den bekannten Schaltnetzteilen zwei (oder mehrere) kleinere Einzel-Schaltnetztransformatoren vorgesehen, und durch diese Aufteilung ergeben sich folgende Vorteile:
1) Primärseitig wird zum Erreichen der notwendigen Gesamt induktivität eine höhere Windungszahl pro Einzel-Schaltnetztranformator (bei zwei Einzel-Schaltnetztransformatoren z.B. > das 1,4-fache , weil der Einzel-Schaltnetztransformator einen kleineren magnetischen Querschnitt aufweist) erforderlich, was sich günstig auf die Gesamtkopplung auswirkt und damit auch die Streuinduktivität und den Skineffekt herabsetzt. Durch die Aufteilung der Ströme auf zwei (oder mehrere) Einzel-Schaltnetztransformatoren kann der Drahtdurchmesser entsprechend verkleinert werden. Ebenso wird die Kühlung durch die Aufteilung verbessert.
2) Das unter 1) Gesagte trifft im Prinzip auch auf evtl. weitere Sekundärwicklungen zu, die zusätzlich zu den die geregelte Spannungsschiene speisenden Sekundärwicklungen eingesetzt werden, wenn außer der stabilisierten Spannung der geregelten Spannungsschiene noch andere Spannungen benötigt werden. Hinzu kommt, daß diese weiteren Sekundärwicklungen je nach erforderlicher Spannung und ggf. den Gegebenheiten eines besonderen Transformatortyps auf die mehreren Schaltnetztransformatoren aufgeteilt und die Teilwicklungen parallel oder in Reihe geschaltet werden können. Um eine Änderung der Spannungen durch eine variierende Niederfrequenzbelastung zu minimieren, besteht auch die Möglichkeit, die betreffende weitere Sekundärwicklung nur auf einem der Schaltnetztransformatoren anzuordnen, womit die Rückwirkung auf den zweiten bzw. die weiteren Schaltnetztransformatoren stark vermindert ist. Diese Rückwirkung kann zusätzlich durch eine antiserielle Wicklung auf dem jeweils anderen Transformator bzw. den jeweils anderen Transformatoren noch weiter vermindert werden, was ein ganz wesentlicher Vorteil der Erfindung ist.
3) Längsregler zur Stabilisierung der Sekundärspannung sind somit nicht mehr erforderlich, der Gesamtwirkungs grad der Stromversorgung steigt.
4) Die Einzel-Schaltnetztransformatoren der genannten Art für Schaltnetztreile gemäß der Erfindung sind ohne Schwierigkeiten vollautomatisch zu fertigen, was das Sicherheitsrisiko fast gänzlich ausschaltet. Damit steigt, trotz Verwendung von mindestens zwei Einzel-Schaltnetztransformatoren, die Wirtschaftlichkeit, denn zwei automatisch gefertigte kleinere Transformatoren sind billiger herzustellen als ein handgefertigter großer.
5) Der wünschenswerten Erhöhung der Schaltfrequenz sind wesentlich weitere Grenzen gesetzt.
[0011] Die Unteransprüche haben bevorzugte Ausführungsformen des Schaltnetzteils gemäß Patentanspruch 1 zum Gegenstand.
[0012] Die Zeichnung zeigt als Beispiel das Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaltnetzteils für Sichtgeräte.
[0013] Die in der Zeichnung dargestellte Schaltung weist zwei gesonderte Schaltnetztransformatoren TI und TII auf, von denen jeder mit einer Primär-Hauptwicklung WI₁ bzw. WII₁ und mit einer sogenannten Systemspannungs-Sekundärwicklung WI₃ bzw. WII₃ versehen ist. Die Primär-Hauptwicklungen WI₁ und WII₁ sind ebenso wie die Systemspannungs-Sekundärwicklungen WI₃ und WII₃ zueinander parallel geschaltet. Die Parallelschaltung aus den Primär-Hauptwicklungen WI₁ und WII₁ liegt in Reihe mit einem elektronischen Schalter 2 hier in Form eines Transistors, der die mittels einer Gleichrichteranordnung 1 aus dem Netz erzeugte, die Primär-Hauptwicklungen WI₁ und WII₁ beaufschlagende Gleichspannung mit einer Frequenz von mindestens 16 kHz unterbricht. Die Systemspannungs-Sekundärwicklungen WI₃ und WII₃ speisen eine geregelte Spannungs schiene, die eine stabilisierte Spannung Us als Systemspannung liefert. Außer den beiden vorgenannten Wicklungen weist der Schaltnetztransformator TI primärseitig noch eine Treiberwicklung WI₂ und eine weitere Sekundärwicklung WI₄ auf, die eine im Sichtgerät benötigte Niederspannung liefert.
[0014] Der weitere Schaltnetztransformator TII ist außer mit den beiden vorgenannten Wicklungen mit einer weiteren Sekundärwicklung WII₄ versehen, die die Tonversorgungsspannung für den Audio-Teil des Sichtgerätes liefert. Dieser Audio-Teil stellt aufgrund der variablen Lautstärke eine variierende Niederfrequenzbelastung für die weitere Sekundärwicklung WII₄ des weiteren Schaltnetztransformators TII dar, die noch eine gewisse Rückwirkung auf den Schaltnetztransformator TI haben kann, obzwar diese Rückwirkung gegenüber den bekannten Schaltnetzteilen mit einem einzigen Schaltnetztransformator, auf dem alle benötigten Wicklungen angeordnet sind, durch die Anordnung auf einem von dem Schaltnetztransformator T1 gesonderten weiteren Schaltnetztransformator TII bereits erheblich gemindert ist. Um auch diese restliche Rückwirkung auf den Schaltnetztransformator TI praktisch zu eleminieren, ist mit der weiteren Sekundärwicklung WII₄ des weiteren Schaltnetztransformators TII gegensinig eine Kompensationswicklung WI₅ in Reihe geschaltet, die auf dem Schaltnetztransformator TI angeordnet ist.
[0015] Die Spannungsregelung und die Steuerung des elektronischen Schalters II besorgen eine in der Zeichnung als Block dargestellte Starteinrichtung 3 und eine über einen Triggertrafo TIII an die Starteinrichtung 3 angekoppelte, als Block dargestellte Schaltungsanordnung 4. Die Starteinrichtung 3 besteht aus einem Oszillator und einer Treiberstufe und wird zunächst über die Gleichrichteranordnung 1 und einen Widerstand R1 nach dem Einschalten gespeist, bis nach kurzer Zeit die Versorgung durch die Treiberwicklung WI₂ erfolgt. Nach Errei chen von etwa 80% der Versorgungsspannung startet die Schaltungsanordnung 4. Sie übernimmt über den Triggertrafo TIII die Ansteuerung des elektronischen Schalters 2 über den Treiber in der Starteinrichtung 3, wodurch die Spannung Us im Normalbetrieb konstant gehalten wird.